Acht Arten von 3D-Drucktechnologien – Einführung und Funktionsprinzipien
Selektives Lasersintern (SLS)
Beim selektiven Lasersintern (SLS) wird Pulver auf Nylonbasis zu festem Kunststoff geschmolzen. Da SLS-Teile aus thermoplastischen Materialien bestehen, sind sie langlebig, für Funktionstests geeignet und können Scharniere und Druckknöpfe tragen. Im Vergleich zu SL sind die Teile robuster, die Oberflächenbeschaffenheit ist jedoch rauer. SLS erfordert keine Stützstrukturen, sodass mehrere Teile unter Verwendung der gesamten Bauplattform in einem einzigen Bau verschachtelt werden können. Dadurch eignet es sich für eine höhere Anzahl von Teilen als andere 3D-Druckverfahren. Viele SLS-Teile werden für die Prototypenherstellung verwendet und werden eines Tages im Spritzgussverfahren hergestellt.
Prinzip: Computergesteuert sintert der Laserstrahl selektiv entsprechend der geschichteten Querschnittsinformationen. Nachdem eine Schicht fertiggestellt ist, wird die nächste Schicht gesintert. Nachdem das Sintern abgeschlossen und das überschüssige Pulver entfernt wurde, kann ein gesintertes Teil erhalten werden.
Stereolithografie (SLA)
Stereolithografie (SLA) ist das ursprüngliche industrielle 3D-Druckverfahren. SLA-Drucker eignen sich gut für die Herstellung von Teilen mit hohem Detailgrad, glatter Oberflächenbeschaffenheit und engen Toleranzen. Die Oberflächenbeschaffenheit von SLA-Teilen sieht nicht nur gut aus, sondern trägt auch zur Funktionalität der Teile bei – zum Beispiel beim Testen der Passgenauigkeit der Baugruppe.
Prinzip: Bei der Stereolithografie-Technologie wird ein Laserstrahl von einem Computer gesteuert und das flüssige lichtempfindliche Harz wird Schicht für Schicht durch die vom CAD-System bereitgestellten Konstruktionsdaten ausgehärtet. Diese schichtweise Verbindungsmethode kombiniert die planare Bewegung des Lasers mit der vertikalen Bewegung der Plattform, um dreidimensionale Objekte herzustellen.
Tintenstrahltechnologie (PolyJet)
PolyJet ist ein weiteres 3D-Druckverfahren für Kunststoffe, allerdings mit einer Besonderheit. Es können Teile mit mehreren Eigenschaften wie Farbe und Material hergestellt werden. Designer können diese Technologie verwenden, um Prototypen von Elastomeren oder umspritzten Teilen zu erstellen. Wenn Ihr Design aus einem einzelnen starren Kunststoff besteht, empfehlen wir Ihnen, bei SL oder SLS zu bleiben – das ist wirtschaftlicher. Wenn Sie jedoch einen Prototypen für ein umspritztes oder Silikonkautschuk-Design erstellen, können Sie mit PolyJet Investitionen in Werkzeuge zu Beginn des Entwicklungszyklus vermeiden. Dies kann Ihnen helfen, Ihr Design schneller zu iterieren und zu validieren und Ihr Geld zu sparen.
Prinzip: Jede Schicht des lichtempfindlichen Polymermaterials wird unmittelbar nach dem Besprühen mit ultraviolettem Licht verfestigt, sodass ein verfestigtes Modell entsteht, das ohne Nachverfestigung sofort getragen und verwendet werden kann. Das gelartige Stützmaterial, das speziell für die Unterstützung komplexer Geometrien entwickelt wurde, lässt sich leicht von Hand oder durch Besprühen mit Wasser entfernen.
Fused Deposition Modeling (FDM)
Fused Deposition Modeling (FDM) ist eine gängige Desktop-3D-Drucktechnologie für Kunststoffteile. Die Funktion eines FDM-Druckers besteht darin, Kunststofffilamente Schicht für Schicht auf die Bauplattform zu extrudieren. Dies ist eine kostengünstige und schnelle Methode zur Herstellung physischer Modelle. In einigen Fällen kann FDM für Funktionstests verwendet werden, aber diese Technologie ist aufgrund der relativ rauen Oberflächenbeschaffenheit und der unzureichenden Festigkeit der Teile begrenzt.
Prinzip: Beim FDM-Prozess wird Kunststoffdraht geschmolzen und durch eine Hochtemperaturdüse extrudiert. Der Draht wird auf der Plattform oder dem verarbeiteten Produkt angesammelt, abgekühlt und verfestigt, und die Einheit wird durch schichtweises Ansammeln erhalten.
Digitale Lichtverarbeitung (DLP)
Digital Light Processing ähnelt SLA, da es Licht zum Aushärten von flüssigem Harz verwendet. Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Technologien besteht darin, dass DLP einen digitalen Lichtprojektor verwendet, während SLA einen ultravioletten Laser verwendet. Dies bedeutet, dass ein DLP-3D-Drucker eine ganze Bauschicht auf einmal abbilden kann, was die Baugeschwindigkeit erhöht. Obwohl DLP-Druck häufig für Rapid Prototyping verwendet wird, eignet er sich aufgrund seines höheren Durchsatzes für die Kleinserienproduktion von Kunststoffteilen.
Prinzip: Das Prinzip besteht darin, das von der Lichtquelle ausgestrahlte Licht durch die Kondensorlinse zu projizieren, um das Licht zu vereinheitlichen, und es dann durch ein Farbrad in drei RGB-Farben (oder mehr Farben) aufzuteilen. Anschließend wird die Farbe durch die Linse auf den DND projiziert und durch die Projektionslinse abgebildet.
Elektronenstrahlschmelzen (EBM)
Elektronenstrahlschmelzen ist eine weitere 3D-Drucktechnologie für Metall, bei der ein von einer elektromagnetischen Spule gesteuerter Elektronenstrahl zum Schmelzen von Metallpulver verwendet wird. Während des Bauprozesses wird das Druckbett erhitzt und befindet sich im Vakuumzustand. Die Temperatur, auf die das Material erhitzt wird, wird durch das verwendete Material bestimmt.
Prinzip: Importieren Sie die 3D-Vollmodelldaten des Teils in die EBM-Ausrüstung und verteilen Sie dann eine dünne Schicht feinen Metallpulvers in der Arbeitskammer der EBM-Ausrüstung. Verwenden Sie die hochdichte Energie, die nach Ablenkung und Fokussierung im Fokus des hochenergetischen Elektronenstrahls erzeugt wird, um beim Scannen der Metallpulverschicht in einem kleinen lokalen Bereich hohe Temperaturen zu erzeugen, wodurch die Metallpartikel schmelzen. Das kontinuierliche Scannen des Elektronenstrahls führt dazu, dass einzelne kleine Metallschmelzbecken verschmelzen und erstarren und sich zu linearen und ebenen Metallschichten verbinden.
Multi Jet Fusion (MJF)
Ähnlich wie SLS wird auch bei Multi Jet Fusion Nylonpulver zur Herstellung funktionaler Teile verwendet. Anstatt das Pulver mit einem Laser zu sintern, wird bei MJF ein Tintenstrahl-Array verwendet, um ein Schmelzmittel auf das Nylonpulverbett aufzutragen. Anschließend wird das Heizelement durch das Bett geführt, um jede Schicht zu verschmelzen. Im Vergleich zu SLS führt dies zu gleichmäßigeren mechanischen Eigenschaften und einer verbesserten Oberflächenbeschaffenheit. Ein weiterer Vorteil des MJF-Prozesses ist die schnellere Bauzeit, die die Produktionskosten senkt.
Prinzip: Die Arbeitsweise dieser Technologie ist sehr interessant: Zuerst eine Schicht Pulver verteilen, dann das Flussmittel aufsprühen und gleichzeitig eine Art Detaillierungsmittel aufsprühen, um die Feinheit der Kanten des gedruckten Objekts sicherzustellen, und dann erneut eine Wärmequelle darauf anwenden. Diese Schicht gilt als abgeschlossen. Und so weiter, bis das 3D-Objekt fertig ist.
Direktes Metall-Lasersintern (DMLS)
Der 3D-Druck mit Metall eröffnet neue Möglichkeiten für die Konstruktion von Metallteilen. Er wird häufig verwendet, um Metallbaugruppen mit mehreren Komponenten in Einzelkomponenten oder leichte Teile mit internen Kanälen oder ausgehöhlten Merkmalen zu zerlegen. DMLS kann für Prototyping und Produktion verwendet werden, da die Dichte der Teile so hoch ist wie bei herkömmlichen Metallherstellungsverfahren wie Zerspanung oder Gießen.
Prinzip: Mithilfe eines hochenergetischen Laserstrahls und gesteuert durch 3D-Modelldaten wird die Metallmatrix lokal geschmolzen, gleichzeitig wird das Pulvermetallmaterial gesintert und verfestigt und automatisch Schicht für Schicht gestapelt, um ein dichtes, geometrisch geformtes Festteil zu erzeugen.
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